可重复使用热防护系统材料的发展
早期的热防护系统主要是柔性热防护系统, 简称为 AFE I(A dvanced Flex ible Exte rna l Insula tion),其材料主要应满足轻质、 柔性、 可折叠、 耐高温 。美国 3M 公司的 Nexte l陶瓷氧化物连续纤维系列代表了目前国际上耐高温纤维发展的新成果。 Nextel纤维具有低透气性、低导热率 、 耐化学腐蚀、 不易收缩延展以及良好的绝缘特性等。航天应用中主要涉及 Nex te l312 和 N ex tel440 两种型号, 尤其是N ex tel312。用连续的高强度 Nex te l312纤维编织的N ex tel312航天用编织物在高达 1 100℃的持续高温下依然保持其强度和柔韧性 , 而且基本不发生收缩变形。其它的柔性隔热材料还有柔性复合使用表面隔热毡 (FRS I)、 柔性重复使用表面隔热毡(AFRSI)、可裁剪柔性隔热毡(TABI)以及符合柔性隔热毡 (CFB I)的材料等 。 TAB I是一种由 S iC织物整体编织、 采用 SO2 、 A l2O3 和硼硅酸铝作为隔热材料的新型可剪裁柔性毡 , 其密度及导热率与AFRS I相近, 而抗声振性优于 AFRSI, 在 1 480℃下仍有良好的热稳定性 。 CFB I则由外层 SiC织物、内部 A l2O3 反射屏蔽和 A l2O3 隔热材料组成, 其密度与 AFRSI和 TAB I相近, 而高温导热率低于这两种材料。
刚性陶瓷防热瓦体系由陶瓷瓦 、 Nomex柔性应变隔离垫(S IP)和室温固化硅胶 (RTV)组成 。陶瓷防热瓦主要应用于机身机翼下表面温度为 600℃ ～1 260℃的较高温区 。代陶瓷隔热材料为全氧化硅纤维型 , 如高温可重复使用表面绝缘瓦 (HRSI)和低温可重复使用表面绝缘瓦 (LRS I)。 LRSI瓦与 HRSI瓦都是由低密度 、 高纯度 (99. 8%)的无定形氧化硅纤维制成 , 制备工艺相同, 只是 LRSI表面涂覆有一层 10μm白色的硅酸盐和氧化铝的防水涂层。第二代陶瓷隔热材料为氧化硅纤维和硼酸铝纤维耐火复合材料, 如耐火纤维复合材料绝缘瓦(FRS I)。 FRS I瓦由 20%Nexte l纤维和 80%氧化硅纤维组成。目前, 已发展到第三代陶瓷隔热材料(由氧化硅纤维、 氧化铝纤维或再加硼酸铝纤维组成的高温材料 ), 如高温特性材料 (HTP)和涂有TUFI涂层的氧化铝增强热障瓦。美国近期研制出一种新型刚性陶瓷隔热材料 ———氧化铝可溶隔热材料。
金属热防护系统是由超耐热合金蜂窝 TPS 板拼装而成 。外层蜂夹芯和侧面都由镍基超耐热合Incone l617 制成。这种合金可以承受982℃～1038℃的高温, 极限瞬时耐热可达约1093。Inconel617是固溶体增强的合金,具有优良的抗氧化性, 广泛的耐腐蚀性, 优良的高温强度, 其熔点为1362. 8℃, 密度为8600kg /m3。在夹心结构内部添入绝热材料作为隔热层。填入的材料有氧化铝绝热层、Q毡石英纤维等防热材料。
从以上的可重复使用热防护系统的材料的发展过程来看 , 材料由柔性向刚性转化 , 这表示可重复
使用热防护系统正在从单一的防热作用向多用途过渡。而金属热防护系统则可能在未来的几十年内逐渐成为主要的防热结构。
